SKKN GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHI THAY ĐỔI CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỆN

Do đó trong quá trình giảng dạy ngườigiáo viên phải rèn luyện cho học sinh có được những kỹ năng, kỹ xảo và thườngxuyên vận dụng những hiểu biết đã học để giải quyết những vấn đề thực ti

PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHI

THAY ĐỔI CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỆN

=======================

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Môn Vật lý là một bộ phận khoa học tự nhiên nghiên cứu về các hiện tượng vật

lý nói chung và điện học nói riêng Những thành tựu của vật lý được ứng dụng vàothực tiễn sản xuất và ngược lại chính chính thực tiễn sản xuất đã thúc đẩy khoa họcvật lý phát triển Vì vậy học vật lý không chỉ dơn thuần là học lý thuyết vật lý mà phảibiết vận dụng vật lý vào thực tiễn sản xuất Do đó trong quá trình giảng dạy ngườigiáo viên phải rèn luyện cho học sinh có được những kỹ năng, kỹ xảo và thườngxuyên vận dụng những hiểu biết đã học để giải quyết những vấn đề thực tiễn đặt ra

Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằm cungcấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống toàn diện về vật lý

Hệ thống kiến thức này phải thiết thực và có tính kỹ thuật tổng hợp và đặc biệt phảiphù hợp với quan điểm vật lý hiện đại Để học sinh có thể hiểu được một cách sâu sắc

và đủ những kiến thức và áp dụng các kiến thức đó vào thực tiễn cuộc sống thì cần

phải rèn luyện cho các học sinh những kỹ năng , kỹ xảo thục hành như : Kỹ năng, kỹxảo giải bài tập, kỹ đo lường, quan sát ….

Bài tập vật lý với tư cách la một phương pháp dạy học, nó có y nghĩa hết sứcquan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông.Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lý các học sinh sẽ có được những những kỹnăng so sánh, phân tích, tổng hợp … do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tưduy của học sinh Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh cũng cố kiến thúc có hệ thốngcũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình huống cụthể, làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn các em hơn

Hiện nay , trong xu thế đổi mối của ngành giáo dục về phương pháp giảng dạycũng như phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả giảng dạy và thi tuyển Cụ thể làphương pháp kiểm tra đánh giá bằng phương tiện trắc nghiệm khách quan.Trắcnghiệm khách quan đang trở thành phương pháp chủ đạo trong kiểm tra đánh giá chấtlượng dạy và học trong nhà trường THPT Điểm đáng lưu ý là nội dung kiến thứckiểm tra tương đối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vững toàn bộ kiến thức củachương trình, tránh học tủ, học lệch và để đạt dược kết quả tốt trong việc kiểm tra, thituyển học sinh không những phải nắm vững kiến thức mà còn đòi hỏi học sinh phải có

phản ứng nhanh đối với các dạng toán, đặc biệt các dạng toán mang tính chất khảo sát

mà các em thường gặp

Với mong muốn tìm được phương pháp giải các bài toán trắc nghiệm một cách nhanhchóng đồng thời có khả năng trực quan hoá tư duy của học sinh và lôi cuốn đượcnhiều học sinh tham gia vào quá trình giải bài tập cũng như giúp một số học sinhkhông yêu thích hoặc không giỏi môn vật lý cảm thấy đơn giản hơn trong việc giải các

bài tập trắc nghiệm vật lý, tôi chọn đề tài: “HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHI CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH THAY ĐỔI”

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.

- Làm quen với công tác nghiên cứu khoa học

- Tìm cho mình một phương pháp để tạo ra không khí hứng thú và lôi cuốn nhiềuhọc sinh tham gia giải các bài tập lý, đồng thời giúp các em đạt được kết quả cao trongcác kỳ thi

- Nghiên cứu phương pháp giảng dạy bài vật lý với quan điểm tiếp cận

mới :”Phương pháp Trắc nghiệm khách quan”

III, NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Trong đề tài này tôi lần lượt giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Tìm hiểu cơ sở lý luận chung của bài tập vật lý và phương pháp bài tập vật lý

ở nhà trường phổ thông

- Nghiên cứ lý thuyết về mạch diện xoay chiều

-Nghiên cứu lý thuyết khảo sát mạch điện

- Vận dung lý thuyết trên để giải một số bài toán

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu lý thuyết

- Giải các bài tập vận dụng

V GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Thông thường khi giải các bài tập về mạch điện xoay chiều học sinh sẽ gặp phải một

số các bài tập mang tính chất khảo sát mối liên hệ giữa các đại lượng, các thông sốcủa mạch điện Trên tinh thần trắc nghiệm khách quan, nếu phải giải bài toán nàytrong thời gian ngắn thì quả là rất khó đối với học sinh Do đó tôi hệ thống lại các loại

thường gặp trên tinh thần của phương pháp Grap để các em dễ dàng giải quyết khi

-Trong giới hạn đề tài tôi chỉ đưa ra phương pháp giải nhanh bài toán khảo sát mạchđiện.

- Đối tượng áp dụng :Tất cả các học sinh

PHẦN II: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1.

BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ TRONG DẠY HỌC

VẬT LÝ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 1.1 Vai trò bài tập vật lý trong việc giảng dạy vật lý.

Việc giảng dạy bài tập vật lý trong nhà trường không chỉ giúp học sinh hiểuđược một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong chương trình mà còngiúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụ của học tập

Trước hết, vật lý là một môn khoa học giúp học sinh nắm dược qui luật vậnđộng của thế giới vật chất và bài tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ những qui luật ấy,biết phân tích và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn Trong nhiều trường hợpmặt dù người giáo viên có trình bày tài liệu một cách mạch lạc, hợp lôgích, phát biểuđịnh luật chính xác, làm thí nghiệm đúng yêu cầu, qui tắc và có kết quả chính xác thì

đó chỉ là điều kiện cần chứ chưa đủ để học sinh hiểu và nắm sâu sắc kiến thức Chỉthông qua việc giải các bài tập vật lý dưới hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo

điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống cụ thểthì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc và hoàn thiện.

Trong qua trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lý đặt ra, họcsinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa ,trừu tượng hóa …để giải quyết vấn đề, do đó tư duy của học sinh có điều kiện để pháttriển Vì vậy có thể nói bài tập vật lý là một phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óctưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghĩ và hành động, tính kiên trì trong việckhắc phục những khó khăn trong cuộc sống của học sinh

Bài tập vật lý là cơ hội để giáo viên đề cập đến những kiến thức mà trong giờhọc lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua đó nhằm bổ sung kiến thức cho họcsinh

Đặc biệt, để giải được các bài tập vật lý dưới hình thức trắc nghiệm khách quanhọc sinh ngoài việc nhớ lại các kiến thức một cách tổng hợp, chính xác ở nhiều phần,nhiều chương, nhiều cấp học thì học sinh cần phải rèn luyện cho mình tính phản ứngnhanh trong từng tình huống cụ thể, bên cạnh đó học sinh phải giải thật nhiều cácdạng bài tập khác nhau để có được kiến thức tổng hợp, chính xác và khoa học

1.2 Phân loại bài tập vật lý.

1.2.1 Bài tập vật lý định tính hay bài tập câu hỏi lý thuyết.

- Là bài tập mà học sinh không cần phải tính toán (Hay chỉ có các phép toán đơn giản)

mà chỉ vận dụng các định luật, định lý, qui luật để giải tích hiện tượng thông qua cáclạp luận có căn cứ, có lôgich

- Nội dung của các câu hỏi khá phong phú, và đòi hỏi phải vận dụng rất nhiều các kiếnthức vật lý

- Thông thường để giải các bài toán này cần tiến hành theo các bước:

* Phân tích câu hỏi

* Phân tích hiện tượng vật lý có đề cập đến trong câu hỏi để từ đó xác định các địnhluật, khái niệm vật lý hay một qui tắc vật lý nào đó để giải quyết câu hỏi

* Tổng hợp các điều kiện đã cho với các kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi

b Bài tập tổng hợp; Là những bài tập phức tạp mà muốn giải nó học sinh vậndụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học và thuộc nhiều lĩnhvực

Đặc biệt, khi các câu hỏi loại này được nêu dưới dạng trắc nghiệm khách quan thì yêucầu học sinh phải nhớ kết quả cuối cùng đã dược chứng minh trước đó để giải nó mộtcách nhanh chóng Vì vậy yêu cầu học sinh phải hiểu bài một cách sâu sắc để vậndụng kiến thức ở mức độ cao

1.2.4 Bài tập thí nghiệm: là loại bài tập cần phải tiến hành các thí nghiệm hoặc để

kiểm chứng cho lời giải lý thuyết, hoặc để tìm những số liệu, dữ kiện dùng trong việcgiải các bài tập.Tác dụng cụ thể của loại bài tập này là Giáo dục, giáo dưỡng và giáodục kỹ thuật tổng hợp Đây là loại bài tập thường gây cho học sinh cảm giác lí thú vàđặc biệt đòi hỏi học sinh ít nhiều tính sáng tạo

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

I DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

* Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

Khung dây kim loại kín quay đều với vận tốc góc  quanh trục đối xứng của nótrong từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ 

B vuông góc với trục quay thì trong mạch

có dòng điện biến thiên điều hòa với tần số góc  gọi là dòng điện xoay chiều

Khi khung dây quay một vòng (một chu kì) dòng điện trong khung dây đổichiều 2 lần

* Hiệu điện thế xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều

Nếu i = Iosint thì u = Uosin(t + )

Nếu u = Uosint thì i = Iosin(t - )

L





* Các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

I = 2

* Lý do sử dụng các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

+ Với dòng điện xoay chiều ta khó xác định các giá trị tức thời của i và u vì chúngbiến thiên rất nhanh, cũng không thể lấy giá trị trung bình của chúng vì trong một chu

+ Ampe kế và vôn kế đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế xoay chiều dựa vào tácdụng nhiệt của dòng điện nên gọi là ampe kế nhiệt và vôn kế nhiệt, số chỉ của chúng

là cường độ hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

* Các loại đoạn mạch xoay chiều

+ Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần: uR cùng pha với i ; I =

U

; với ZC = C



1

là dung kháng của tụ điện

+ Đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm: uL sớm pha hơn i góc 2

I =

L

L Z

U

; với ZL = L là cảm kháng của cuộn dây

+ Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp (không phân nhánh):

Độ lệch pha  giữa u và i xác định theo biểu thức:

2 (Z - Z )

R  là tổng trở của đoạn mạch

+ Cộng hưởng trong đoạn mạch RLC

Khi ZL = ZC hay  = LC1 thì dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại Imax = U R

, công suất trên mạch đạt giá trị cực đại Pmax =

R

U2

, u cùng pha với i ( = 0)

Khi ZL > ZC thì u nhanh pha hơn i (đoạn mạch có tính cảm kháng)

Khi ZL < ZC thì u trể pha hơn i (đoạn mạch có tính dung kháng)

R tiêu thụ năng lượng dưới dạng toả nhiệt, ZL và ZC không tiêu thụ năng lượngcủa nguồn điện xoay chiều

+ Cách nhận biết cuộn dây có điện trở thuần rXét toàn mạch, nếu: Z  R2  (Z L  Z C) 2 ; U  U R2  (U L U C) 2 hoặc P  I2R hoặccos  Z R thì cuộn dây có điện trở thuần r  0

Xét cuộn dây, nếu: Ud  UL hoặc Zd  ZL hoặc Pd  0 hoặc cosd  0 hoặc d 

2



thì cuộn dây có điện trở thuần r  0

* Công suất của dòng điện xoay chiều

+ Công suất của dòng điện xoay chiều: P = UIcos = I2R = 22

Z

R U

.+ Hệ số công suất: cos = Z R

+ Ý nghĩa của hệ số công suất cos

Trường hợp cos = 1 tức là  = 0: mạch chỉ có R, hoặc mạch RLC có cộng

hưởng điện (ZL = ZC) thì P = Pmax = UI =

R

U2

.Trường hợp cos = 0 tức là  = 2 : Mạch chỉ có L, hoặc chỉ có C, hoặc có cả

II LÝ THUYẾT PHỤC VỤ Đ Ề TÀI

mạch điện xoay chiều thường gặp là mạch điện RLC không phân nhánh như hình vẽ

Các thông số của mạch điện xoay chiều:

- Điện trở R, điện dung C của tụ diện và độ tự cảm L của cuộn dây

- Tần số góc  , chu kỳ T, tần số f và pha ban đầu của dòng diện

Thông thường khi giải các bài toán thay đổi một trong các thông số nào đó để một đạilượng nào đó đạt giá trị cực đại là học sinh (Từ trung bình trở xuống) nghĩ đến ngayhiện tượng cộng hưởng điện (ZL=ZC) nhưng thực tế không phải lúc nào cũng vậy,chúng ta cần phải thấy rõ bản chất của từng đại lượng, ý nghĩa của từng sự thay đổitrong mối quan hệ biện chứng giữa các đại lượng

1 Các hệ quả của hiện tượng cộng hưởng điện:

- Hiệu điện thế uAB cùng pha với cường độ dòng điện i

- Hệ số Công suất của mạch đạt giá trị cực đại Cos  1 => P=Pmax=UI

- Tổng trở bằng điện trở thuần: Z=R

- uR cùng pha với uAB

- Số chỉ của Ampe kế chỉ giá trị cực đại I  U R

2 Các sự thay đổi liên quan đến hiện tượng cộng hưởng điện:

a Giữ nguyên R,L,C thay đổi tần số góc  ( Dẫn tới thay đổi tần số f) Hiệu điệnthế uAB cùng pha với cường độ dòng điện i   0; I=Imax………

Vì lúc này ta có   1

Z

R Cos vậy R=Z =>ZL-ZC=0 hay ZL=ZC

b Giữ nguyên các giá trị L,R, thay đổi C để I=Imax ( Số chỉ của ampe kế đạt giátrị cực đại)

Ta có 2 ( 1 ) 2





C L R

U I

Ta có 2 2

)

1 (





C L R

U I

.

C L C

C C

Z Z R

U Z

I Z U







 do U=const và Zc=const nên để UC=UCmax

Thì ta phải có ZL-ZC=0 => có cộng hưởng điện

e nguyên các giá trị L,R, thay đổi C để hiệu điện thế giữa hai hai đầu cuộn dâythuần cảm đạt giá trị cực đại: UL=ULmax

Ta có L L. C. R2 (Z L Z C) 2

U Z

I Z U







 do U=const và ZL=const nên để UL=ULmax

Thì ta phải có ZL-ZC=0 => có cộng hưởng điện

3 Các sự thay đổi không liên quan đến hiện tượng cộng hưởng điện:

a. Mạch điện RLC không phân nhánh có L,C, không đổi Thay đổi R để côngsuất tiêu thụ trên mạch đạt giá trị cực đại, số chỉ của Ampe kế cực đại …

U C L

2

2

) ( 

Do U=Const nên để P=Pmax ta phải có

R

Z Z

2

) ( 



R

Z Z

2

) (

.

 =2Z  L Z C

U0AB

2

) ( 

 là 2Z  L Z C lúc đó dấu “=” của bất đẳng thức xảy ranên ta có R=Z  L Z C

Phân tích:

Ta có L L. L. R2 (Z L Z C) 2

U Z

I Z U

UL cũng không đạt giá trị cực đại

Chứng minh: Ta biểu diễn các hiệu điện thế bằng giản đồ véc tơ như hình vẽ

Theo định lý hàm số sin ta có

AB

Sin U

Sin

0 0

R

U Sin

AB AB

2 2

C

C RC

C

Z R

Z U

U Cos







Z

Z R U

U Cos

2 2

Z

Z R Z

2 2



 =>

C

C Z

Z R L



2 2





b.Mạch điện RLC không phân nhánh có R,C, không đổi Thay đổi C để hiệu điệnthế hiệu dụng giữa hai bản tụ đạt giá trị cực đại Xác định giá trị của UCmax và giá trịcủa C

Phân tích:

Ta có C C. C. R2 (Z L Z C) 2

U Z

I Z U

Chứng minh: Ta biểu diễn các hiệu điện thế bằng giản đồ véc tơ như hình vẽ

Theo định lý hàm số sin ta có

AB

Sin U

Sin

0 0

R

U Sin

AB AB

L

C RC

C

Z R

Z U

U Cos

RL

Z

Z R U

U Cos

2 2

Z

Z R Z

2 2

Z C



L

U0

III.MỘT SỐ CÂU HỎI KIỂM TRA TRẮC NGHIỆM ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI

- Số chỉ của Vôn Kế (V) là giá trị hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai bản tụ

=>Đây là loại bài toàn thay đổi giá trị của C để UC=UCmax

2 2



R

Z R

- Số chỉ của Vôn Kế (V) là giá trị hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạchchứa R và cuộn dây thuần cảm

2 2

) (

.

C L L

RL

Z Z R

U Z

R Z

1





=39,7.10-6FChọn đáp án B

Câu 3:Một mạch điện Không phân nhánh gồm biến trở R,cuộn thuần cảm L H

2 

 Ghép mạch vào nguồn có u 100 2 sin( 100 t)V Thay đổi R để công suất tiêu thụ của mạch đạt giá trị cực đại, giá trị cực đại của công suất là:

2

= 2100100250 =100W

Chọn đáp án B

Câu 4: Một đoạn mạch RLC nối tiếp đang có tính cảm kháng, nếu giảm tần số dòng

điện thì công suất toả nhiệt trên R sẽ

A tăng lên cực đại rồi giảm B không thay đổi

Phân tích: Mạch đang có tính cảm kháng nghĩa là ZL>ZC Nếu giảm tần số f của dòngđiện thi ZL =L2 f giảm và ZC=C21f tăng vì vậy (ZL-ZC )2 sẽ giảm đến giá trị bằng

0 nghiã là xảy ra cộng hưởng điện nên công suất tăng lên đến giảtị cực đại sau đó (ZL

-ZC )2 sẽ tăng trở lại và công suất giảm

4 100 ( 2

u AB Giá trị của C và công suất tiêu thị củamạch khi hiệu điện thế giữa hai đầu R cùng pha với hiệu điện thế hai đầu đoạn mạchnhận giá cặp giá trị nào sau đây:



R U

Vậy chọn đáp án A

Câu 7: Mạch điện R,L,C nối tiếp, hiệu điện thế hai đầu mạch u = 120 2sin  t(V)

và  có thể thay đổi được Tính hiệu điện thế hiệu dụng 2 đầu R khi biểu thức dòngđiện có dạng iI0Sint:

A 120 2(V) B 120(V) C 240(V) D 60 2(V)

Phân tích: Dựa vào dạng của phương trình cường độ dòng điện ta thấy rằng lúc này u

và i cùng pha Nên trong mạch xảy ra cộng hưởng điện

Giải: Khi có cộng hưởng điện thì uR=u=120 2sin t(V)

 UR=

2

2 120

điện thế xoay chiều có biểu thức )

4 100 ( 2



2

1,200V D) H



2,200 2V

Phân tích Tất cả các thông số R,C,  đều không thay đổi Thay đổi L để UL=ULmax

nên ta có Vậy ULmax=

R

Z R

Z

Z R Z

2 2



 =>

C

C Z

Z R L



2 2